Bojová raketa „povrch-vzduch“vyzerala trochu neobvykle - nos sa predĺžil kovovým kužeľom. 28. novembra 1991 vypustila z testovacieho miesta blízko kozmodrómu Baikonur a sama sa zničila vysoko nad zemou. I keď strela nezasiahla žiadny letecký predmet, cieľový štart bol dosiahnutý. Prvýkrát na svete sa za letu testoval nadzvukový nárazový motor (scramjetový motor).
Scramjetový motor alebo, ako sa hovorí, „nadzvukový tok vpred“vám umožní lietať z Moskvy do New Yorku za 2 - 3 hodiny, nechať okrídlený stroj z atmosféry do vesmíru. Letectvo nebude potrebovať pomocné lietadlo, ako je to pre Zenger (pozri TM, č. 1, 1991), ani štartovacie vozidlo, ako pre raketoplány a Buran (pozri TM). 4, 1989), - dodanie nákladu na obežnú dráhu bude stáť takmer desaťkrát lacnejšie. Na Západe sa takéto testy uskutočnia najskôr o tri roky …
Scramjetový motor je schopný zrýchliť lietadlo až na 15 - 25M (M je Machovo číslo, v tomto prípade rýchlosť zvuku vo vzduchu), zatiaľ čo najvýkonnejšie prúdové motory, ktoré sú vybavené modernými civilnými a vojenskými krídlovými lietadlami, sú iba do 3,5 milióna. Nefunguje rýchlejšie - teplota vzduchu, keď sa spomalí prívod vzduchu, natoľko stúpa, že turbokompresorová jednotka ho nedokáže stlačiť a priviesť do spaľovacej komory (CC). Je možné, samozrejme, zosilniť chladiaci systém a kompresor, ale potom sa ich rozmery a hmotnosť zvýšia natoľko, že nadzvukové rýchlosti budú vylúčené - vystúpiť zo zeme.
Nárazový motor pracuje bez kompresora - vzduch pred kompresorovou stanicou je stlačený kvôli svojej rýchlosti (obr. 1). Zvyšok je v zásade rovnaký ako v prípade prúdových prúdov - produkty spaľovania unikajúce cez dýzu urýchľujú prístroj.
Myšlienku náporového ramena, ktorý ešte nebol nadzvukový, navrhol v roku 1907 francúzsky inžinier Rene Laurent. Ale oveľa neskôr si vybudovali skutočný „tok vpred“. Tu boli v čele sovietski špecialisti.
Prvý, v roku 1929, jeden zo študentov N. E. Zhukovského, B. S. Stechkin (neskôr akademik), vytvoril teóriu prúdového motora. A potom, o štyri roky neskôr, pod vedením dizajnéra Yu. A. Pobedonostseva v GIRD (Skupina pre štúdium pohonu na prúdovom pohone), po pokusoch na tribúne bol naraz poslaný lietadlo.
Motor bol uložený v puzdre kanóna 76 mm a bol vypálený z hlavne nadzvukovou rýchlosťou 588 m / s. Testy pokračovali dva roky. Projektily s náporovým motorom sa vyvíjali viac ako 2M - v tom čase nelietali žiadne iné lietadlá na svete. Súčasne Girdovites navrhol, skonštruoval a otestoval model pulzujúceho náporového motora - jeho prívod vzduchu sa pravidelne otvára a zatvára, čoho výsledkom je pulzovanie spaľovania v spaľovacej komore. Podobné motory boli neskôr použité v Nemecku na raketách FAU-1.
Propagačné video:
Prvé veľké ramjetové motory opäť vytvorili sovietski konštruktéri I. A. Merkulov v roku 1939 (podzvukový ramjetový motor) a M. M. Bondaryuk v roku 1944 (nadzvukový). Od 40. rokov sa začali práce na „priamom toku“v Ústrednom ústave leteckých motorov (CIAM).
Niektoré typy lietadiel vrátane rakiet boli vybavené nadzvukovými náporovými motormi. Už v 50. rokoch sa však ukázalo, že pri číslach M presahujúcich 6 - 7 je náporový prúd neúčinný. Rovnako, ako v prípade prúdového motora, vzduch brzdený pred kompresorovou stanicou sa do neho príliš zahrial. Nemalo zmysel to kompenzovať zvyšovaním hmotnosti a rozmerov nárazového motora. Okrem toho sa pri vysokých teplotách molekuly produktov spaľovania začínajú disociovať, čím absorbujú energiu určenú na vytváranie ťahu.
To bolo potom, v roku 1957, že E. S. Shchetinkov, slávny vedec, účastník prvých letových testov na ramjetovom motore, vynašiel hypersonický motor. O rok neskôr sa na Západe objavili publikácie o podobnom vývoji. Spaľovacia komora scramjet začína takmer okamžite za vstupom vzduchu, potom plynulo prechádza do rozširujúcej sa dýzy (obr. 2). Aj keď sa vzduch pri vstupe do neho spomaľuje, na rozdiel od predchádzajúcich motorov sa pohybuje na kompresorovú stanicu, alebo sa ponáhľa nadzvukovou rýchlosťou. Preto je jeho tlak na steny komory a teplota omnoho nižšia ako v náporovom motore.
O niečo neskôr bol navrhnutý scramjetový motor s vonkajším spaľovaním (obr. 3) V lietadle s takýmto motorom bude palivo horieť priamo pod trupom, ktoré bude slúžiť ako súčasť otvoreného CS. Tlak v spaľovacej zóne bude samozrejme nižší ako v konvenčných spaľovacích zariadeniach - ťah motora sa mierne zníži. Ale získate priberanie na hmotnosti - motor sa zbaví masívnej vonkajšej steny kompresorovej stanice a časti chladiaceho systému. Je pravda, že spoľahlivý „priamy priamy tok“ešte nebol vytvorený - jeho najlepšia hodina pravdepodobne príde v polovici XXI storočia.
Vráťme sa však k scramjetovému motoru, ktorý bol testovaný v predvečer minulej zimy. Bola poháňaná kvapalným vodíkom uloženým v nádrži pri teplote asi 20 K (- 253 ° C). Nadzvukové spaľovanie bolo pravdepodobne najťažším problémom. Bude vodík rovnomerne distribuovaný po priereze komory? Bude mať čas úplne vyhorieť? Ako zorganizovať automatické riadenie spaľovania? - v komore nemôžete nainštalovať senzory, topia sa.
Matematické modelovanie na ultra-výkonných počítačoch ani testovacie testy neposkytli komplexné odpovede na mnoho otázok. Mimochodom, na simuláciu prúdu vzduchu, napríklad pri 8 M, stojan vyžaduje tlak stoviek atmosfér a teplota okolo 2500 K - tekutý kov v horúcej peci s nístejou je oveľa chladnejší. Pri ešte vyšších rýchlostiach sa dá výkon motora a lietadla overiť iba za letu.
Dlho sa uvažovalo tu aj v zahraničí. V 60-tych rokoch Spojené štáty pripravovali testy scramjetového motora na vysokorýchlostných raketových lietadlách X-15, zjavne sa však neuskutočnili.
Domáci experimentálny scramjet motor bol vyrobený v duálnom režime - pri letovej rýchlosti presahujúcej 3M, fungoval ako normálny „priamy tok“a po 5 - 6M - ako nadzvukový. Z tohto dôvodu sa zmenili miesta dodávky paliva do kompresorovej stanice. Protilietadlová strela, ktorá bola vyradená z prevádzky, sa stala akcelerátorom motora a nosičom nadzvukovej lietajúcej laboratóriá (HLL). GLL, vrátane riadiacich systémov, merania a komunikácie so zemou, vodíkovou nádržou a palivovými jednotkami, boli ukotvené v oddeleniach druhej etapy, kde po odstránení hlavice zostal hlavný motor (LRE) s palivovými nádržami. Prvá fáza - práškové zosilňovače, - po rozptýlení rakety od začiatku sa po niekoľkých sekundách oddelili.
Protilietadlová strela s scramjetom na štartovacej ploche (fotografia je zverejnená prvýkrát).
Laboratórne skúšky a príprava na let sa uskutočňovali na Ústrednom leteckom úrade leteckých motorov P. I. Baranov (CIAM) spolu s letectvom, inžinierskou konštrukčnou kanceláriou Fakel, ktorá zmenila svoju raketu na lietajúce laboratórium, projekčnou kanceláriou Sojuz v Tuyeve a projekčnou kanceláriou Temp v Moskve, ktorá vyrábala motor a regulátor paliva a ďalšie organizácie. Na program dohliadali známi leteckí špecialisti R. I. Kurziner, D. A. Ogorodnikov a V. A. Sosunov.
Na podporu letu spoločnosť CIAM vytvorila mobilný komplex na doplňovanie tekutého vodíka a palubný systém dodávky tekutého vodíka. Teraz, keď sa kvapalný vodík považuje za jedno z najsľubnejších palív, môže byť pre mnohých skúsenosť s jeho manipuláciou nahromadená v CIAM užitočná.
… Raketa sa spustila neskoro večer, už bola skoro tma. Nosič „kužeľa“za pár okamihov zmizol v nízkej oblačnosti. V porovnaní s pôvodným rachotom bolo ticho neočakávané. Testéri, ktorí sledovali začiatok, si dokonca mysleli: všetko sa naozaj pokazilo? Nie, prístroj pokračoval v určenej ceste. V 38. sekunde, keď rýchlosť dosiahla 3,5M, motor naštartoval, vodík začal prúdiť do CC.
Ale 62.roku sa skutočne stalo neočakávané: automatické vypnutie dodávky paliva pracovalo - motor scramjet sa vypol. Potom, asi o 195. sekundu, sa automaticky znova rozbehla a pracovala až do 200. … To bolo predtým určené ako posledná sekunda letu. V tomto okamihu sa raketa, stále ešte nad územím testovacieho miesta, sama zničila.
Maximálna rýchlosť bola 6200 km / h (niečo nad 5,2 M). Motor a jeho systémy boli monitorované 250 palubnými snímačmi. Merania boli prenášané na zem pomocou rádiovej telemetrie.
Zatiaľ nie všetky informácie boli spracované a podrobnejší príbeh o lete je predčasný. Už teraz je však jasné, že o niekoľko desaťročí budú piloti a kozmonauti jazdiť „nadzvukovým tokom dopredu“.
Z editora. Letové skúšky scramjetových motorov na lietadlách X-30 v Spojených štátoch a na Hytexe v Nemecku sú plánované na rok 1995 alebo niekoľko nasledujúcich rokov. Naši špecialisti by však mohli v blízkej budúcnosti vyskúšať „priamy tok“rýchlosťou viac ako 10 miliónov na výkonných raketách, ktoré sa teraz sťahujú z prevádzky. Je pravda, že v nich dominuje nevyriešený problém. Nie je vedecký alebo technický. CIAM nemá peniaze. Nie sú ani k dispozícii pre polobohaté platy zamestnancov.
Čo bude ďalej? Teraz existujú iba štyri krajiny na svete, ktoré majú celý cyklus výroby leteckých motorov - od základného výskumu po sériovú výrobu. Sú to USA, Anglicko, Francúzsko a zatiaľ Rusko. Takže v budúcnosti ich už nebude - tri.
Američania teraz investujú stovky miliónov dolárov do programu scramjet …
Obrázok: 1. Schematický diagram náporového motora (náporový prúd): 1 - stredná časť prívodu vzduchu, 2 - hrdlo prívodu vzduchu, 3 - spaľovacia komora (CC), 4 - tryska s kritickým prierezom. Biele šípky označujú prívod paliva. Konštrukcia nasávania vzduchu je taká, že prúd vzduchu, ktorý vstúpil, je potlačený a vstupuje do kompresorovej stanice pod vysokým tlakom. Produkty spaľovania opúšťajúce spaľovaciu komoru sa urýchľujú v zúženej dýze na rýchlosť zvuku. Je zaujímavé, že dýza musí byť expandovaná, aby sa ďalej urýchľovali plyny. Príklad s riekou, keď prúd stúpa úmerne so zužovaním brehov, je vhodný iba pre podzvukové toky.
Obrázok: 2. Schematický diagram nadzvukového nárazového motora (scramjetový motor): 1 - CS, 2 - rozpínacia dýza. CS nezačína za difuzérom, ako je to v prípade dýzového motora, ale takmer okamžite za hrdlom prívodu vzduchu. Zmes paliva a vzduchu horí nadzvukovou rýchlosťou. Produkty spaľovania sa v expanznej dýze ešte viac urýchľujú.
Obrázok: 3. Schematická schéma motorového motora s vonkajším spaľovaním: 1 - miesto vstrekovania paliva. K spaľovaniu dochádza na vonkajšej strane motora - tlak spalín je menší ako v uzavretej spaľovacej komore, ale ťah - sila pôsobiaca na steny draku je väčšia ako čelný odpor, ktorý uvádza zariadenie do pohybu.
Autori: Yuri SHIKHMAN, Vyacheslav SEMENOV, vedci Centrálneho leteckého ústavu